لماذا تثير المحركات ذات التدفق المحوري فضولًا في السيارات الكهربائية؟

محركات التدفق المحوري التي توفر عزم دوران أكبر بمقدار مرتين إلى أربع مرات لنفس الحجم ترسم الحد الجديد لكثافة القدرة في المركبات الكهربائية.
محركات التدفق المحوري التي توفر عزم دوران أكبر بمقدار مرتين إلى أربع مرات لنفس الحجم ترسم الحد الجديد لكثافة القدرة في المركبات الكهربائية.

شارك هذه الصفحة

في محركات التدفق المحوري، يتدفق التدفق المغناطيسي بالتوازي مع محور دوران المحرك؛ وعلى عكس التدفق الشعاعي (العنكبوتي) في محركات التدفق الشعاعي التقليدية، فإنه يسير في خط مستقيم من قطب إلى قطب عبر روتور على شكل قرص. هذا المسار التدفقي القصير والقطر الفعال الكبير يجعلان من الممكن استخلاص عزم وقوة أكبر من الحجم نفسه؛ ولهذا السبب أصبحت معمارية التدفق المحوري موضوع حديث متزايد في السيارات الكهربائية الموجهة نحو الأداء. فلماذا لا تُستخدم في كل سيارة، بل لا تزال في نماذج مختارة؟

أبرز النقاط

  • في التصميم المناسب، يمكن لمحركات التدفق المحوري أن تكون أكثر كثافة في العزم بـ 2-4 مرات مقارنة بنظيراتها ذات التدفق الشعاعي.
  • في النموذج الأولي المخبري، أُعلن عن قوة 550 كيلوواط و كتلة 13.1 كغم و كثافة قدرة 42 كيلوواط/كغم .
  • بدأت Mercedes-Benz الإنتاج التسلسلي واسع النطاق لمحركات التدفق المحوري في يونيو 2026 في برلين-مارينفيلده.
  • تظل الإدارة الحرارية وتعقيد التصنيع هما العائقان الرئيسيان لهذه المعمارية.

ما هو التدفق المحوري، وما الفرق بينه وبين التدفق الشعاعي؟

في كل محرك كهربائي، يخرج التدفق المغناطيسي من المغناطيس ويعبر الفجوة الهوائية ليصل إلى الملفات، ثم يعود وفق مسار مغلق. الفرق يكمن في هندسة هذا المسار. في محرك التدفق الشعاعي - وهو الطوبولوجيا المسيطرة اليوم في السيارات الكهربائية - يكون الجزء الثابت عبارة عن حزمة أسطوانية، ويمر التدفق في الاتجاه الشعاعي للأسطوانة، أي عموديًا على محور الدوران. يقطع التدفق مسارًا طويلاً من قطب في الروتور إلى سن في الجزء الثابت، ومن الحديد الخلفي (اليوك) للجزء الثابت إلى سن آخر، ومن هناك إلى قطب الروتور الآخر.

أما في محرك التدفق المحوري، فيتحول الروتور والجزء الثابت إلى أقراص مصفوفة جنبًا إلى جنب على طول العمود؛ وتصبح الفجوة الهوائية مستوية. ويسير التدفق عبر الفجوة الهوائية مباشرة من قطب إلى قطب بالتوازي مع المحور. هذا المسار القصير يقلل مقاومة المجال المغناطيسي، ويحافظ على قوته، ويرفع الكفاءة وكثافة القدرة. كما أنه بما أن مسار التدفق أحادي الاتجاه، يمكن استخدام الفولاذ الكهربائي ذي الحبيبات الموجهة؛ فهذه المادة تقدم نفاذية أعلى وتقلل خسائر الحديد، مما قد يحقق مكسبًا في الكفاءة يصل إلى 2%.

التهيئات الشائعة

تُصنع آلات التدفق المحوري بثلاثة تصافيف أساسية:

  • جزء ثابت واحد - روتور واحد: البنية الأبسط، لكن الجذب المغناطيسي أحادي الجانب يُجهد الروتور ويتطلب يوكًا.
  • جزءان ثابتان - روتور واحد: يحيط الجزءان الثابتان بالروتور من الجانبين؛ يتوازن الجذب المغناطيسي، ويكون الخيار الأكثر شيوعًا في تطبيقات القدرة العالية.
  • جزء ثابت واحد - روتوران: يزيل الحاجة إلى اليوك؛ ويقدم بنية أخف وأكثر كفاءة.

لماذا يخرج عزم أكبر من الحجم نفسه؟

العزم هو حاصل ضرب القوة في نصف القطر. في محرك التدفق الشعاعي، بما أن المادة الفعالة توجد داخل حزمة أسطوانية، فإن الأسطح المولدة للعزم تتدرج مع مربع القطر. أما في تصميم التدفق المحوري، فيمكن أن تنتشر المادة الفعالة على مساحة واسعة باتجاه نصف القطر الخارجي للقرص، ويزداد العزم مع مكعب قطر الروتور. ولنفس الحجم المركب، تكون كل من السطح المغناطيسي وسطح التبريد أكبر أيضًا.

لنلقِ نظرة بالأرقام: حسب المحرك، يمكن لمحركات التدفق المحوري أن تكون أكثر كثافة في العزم بـ 2-4 مرات مقارنة بمحركات التدفق الشعاعي القياسية. وأكثر الأمثلة النموذجية إثارة للإلهام، 550 كيلوواط (738 حصان) ينتجها محرك وزنه فقط 13,1 كجم محرك بوزن: 42 كيلوواط/كجم كثافة قدرة، وهو ما يُقدَّم كأعلى قيمة مُعلَنة حتى الآن. للمقارنة، محرك أحد منافسيه المركّزين على المدى والكفاءة بقدرة 500 كيلوواط يزن 31,4 كجم ويبلغ مستوى كثافته 16 كيلوواط/كجم. أما نموذج قريب من الإنتاج التسلسلي فهو أكثر تحفظاً: محرك قابل للتركيب فوق بعضه يزن 37 كجم بعزم دوران 800 نيوتن.متر وطول محوري 98 ملم، ويقدم كثافة تتجاوز 5 كيلوواط/كجم.

المحركالقدرة القصوىالكتلةكثافة القدرة
محرك تدفق محوري نموذجي (2025)550 كيلوواط13,1 كجم42 كيلوواط/كجم
محرك تدفق شعاعي مرجعي (الفئة العليا)500 كيلوواط31,4 كجم16 كيلوواط/كجم
محرك تدفق محوري موجه للإنتاج التسلسلي-37 كجم>5 كيلوواط/كجم
محرك تدفق محوري من فئة الطيران (نطاق تقديري)--4,58–5,02 كيلوواط/كجم

الخلاصة المستخلصة من الجدول واضحة: التدفق المحوري متقدم بوضوح في كثافة القدرة القصوى، لكن هذه الأفضلية لا تنطبق على كل عدد لفات وكل نقطة تشغيل. عند اللفات المنخفضة يقدم التدفق المحوري عزم دوران أفضل، بينما عند اللفات العالية يستطيع التدفق الشعاعي إنتاج قدرة أكبر. كما أن التدفق المحوري ليس تلقائياً أكثر كفاءة في كل نقطة تشغيل؛ فالكفاءة تعتمد على التصميم والمواد والسرعة واستراتيجية التبريد.

لماذا تُثير محركات التدفق المحوري في السيارات الكهربائية فضول الجميع؟

لأن المنتجات الملموسة في قطاع الأداء صارت بالفعل على الطريق. Mercedes-AMG GT 4-Touring Coupe، تبرز كأحد أول تطبيقات الإنتاج التسلسلي بمحركات التدفق المحوري؛ وقد أُعلن أن نسخته تنتج قدرة قصوى 860 كيلوواط (1.169 حصان) بثلاثة محركات تدفق محوري. وأطلقت الشركة الإنتاج التسلسلي واسع النطاق لهذه المحركات في مصنع برلين-مارينفيلده في يونيو 2026، مشيرة إلى أن التصنيع يتطلب دقة استثنائية وموثوقية في العمليات وأتمتة. وفي مرحلة النموذج التجريبي، أُعلن أن محركات AMG GT XX Concept الذي يحمل ثلاثة محركات تدفق محوري تتمتع بكثافة قدرة أعلى بثلاثة أضعاف وكتلة أقل بمقدار الثلث؛ ويجمع نظام AMG.EA هذه المحركات مع خلايا بطارية مبردة مباشرة.

السبب الثاني هو حرية التوزيع التي توفرها هذه البنية التكوينية. فمحركات التدفق المحوري يمكن تركيبها فوق بعضها على شكل أقراص رفيعة؛ وطول محوري قصير بمقدار 98 ملم يتيح وضع محرك مدمج داخل مجموعة نقل الحركة المزدحمة. ونفس الهندسة جاذبة أيضاً للمحركات داخل العجلات: فكتلتها المنخفضة لا تزيد كثيراً من الكتل الموزعة في نظام التعليق، ولذلك يُنظر إلى التدفق المحوري كأحد أقوى المرشحين لبنية المحرك داخل العجلة - مع أن هناك مطورين منافسين يعملون على محركات تدفق شعاعي داخل العجلات بمحركين دون تكرار وبروتورين، وما زالت هذه المناقشة حول البنية مستمرة.

المرجع الثالث هو الطيران. فقد طارت طائرة حطمت رقم السرعة القياسية للطائرات الكهربائية بثلاثة محركات تدفق محوري؛ ويعمل موردو المحركات على أهداف تبلغ 50 كيلوواط/كجم لفئة الطائرات. وتوجه قطاعي السيارات والطيران نحو البنية التكوينية نفسها يزيد من اهتمام المهندسين وفضول الرأي العام.

على خطى YASA

YASA - يأتي اسمها من بنية Yokeless and Segmented Armature وهي اليوم شركة تابعة لميرسيدس-بنز - هي الاسم الأبرز للتدفق المحوري في مجال السيارات. فقد استُخدمت محركاتها في Koenigsegg Regera، Ferrari SF90 Stradale و 296 GTB، Lamborghini Revuelto و McLaren Artura في سيارات الأداء الهجينة والكهربائية؛ كما ظهرت في Jaguar C-X75 النموذج المفاهيمي. وليس من قبيل الصدفة أن تكون جميع هذه السيارات في فئة الأداء: فالتكنولوجيا لا تزال مكلفة وصعبة الإنتاج، ولذلك تدخل الفئة العليا أولاً.

العقبات أمام الإنتاج التسلسلي

Aksiyel akı motorların henüz her garajda olmamasının sebebi mühendislik zekâsı değil, onlarca yıllık üretim zincirine sahip radyal akı rakiplerinin olgunluğudur.

الميزة الكهرومغناطيسية شيء، وتوسيع نطاقها لمئات آلاف الوحدات شيء آخر. هناك أسباب ملموسة لعدم تمكن التدفق المحوري من الانتشار:

  • الحدود الميكانيكية: قرص الروتور العريض يخلق قصوراً ذاتياً مرتفعاً وقوى طرد مركزية جسيمة، ما قد يحد من سرعته القصوى. ويجب أن تتحمل أقراص الروتور الإجهادات الميكانيكية ودرجات تحمّل ضيقة للفجوة الهوائية.
  • دقة التصنيع: الاستواء والتمركز التوافقي والتوازن وضبط درجات التحمّل كلها أكثر أهمية مقارنة بالتدفق الشعاعي. وقد تؤدي المقاطع الكسورية الشكل إلى توزيع غير منتظم للتدفق، والمقاطع الضيقة نحو المركز تحد من مساحة الملفات.
  • التكلفة: عمليات اللصق والتجميع المكلفة حالت دون وصول العديد من النماذج المفاهيمية إلى الإنتاج التسلسلي. ويطالب صانعو السيارات بدليل موثوقية طويل الأمد قبل الإنتاج الكمي.
  • فجوة النضج: تمتلك محركات التدفق الشعاعي سلسلة إنتاج ممتدة لعقود وعدداً كبيراً من الموردين، في حين أن معدات إنتاج التدفق المحوري أقل نضجاً.

الإدارة الحرارية: القيد المحدد

التكوين المحوري المدمج يضيّق المساحة المتاحة لتبديد الحرارة. وتُعرَّف الإدارة الحرارية في الأدبيات المتخصصة بوصفها قيداً محدداً صريحاً للأداء المستمر، وتُجرى أبحاث على حلول التبريد السائل بسبب كثافة الحرارة العالية. إن امتلاك سطح تبريد أكبر لنفس الحجم يوفر ميزة، لكن هندسة مصادر الحرارة تختلف عن التدفق الشعاعي، ووضع قنوات التبريد في مستوى القرص يشكل مشكلة تصميمية مستقلة. والنتيجة العملية: محركات التدفق المحوري تقدم قدرتها القصوى بسهولة لفترات قصيرة، بينما يحدد الحد الحراري نسب قدرتها المستمرة.

عزم الترنح والضوضاء الصوتية

في المحاور ذات المغناطيس الدائم، قد يشكل عزم الترنح - وهو تذبذب العزم الناشئ عن ميل الروتور إلى محاذاة المغناطيسات مع أسنان الستاتور - مصدراً للاهتزاز والضوضاء الصوتية عند السرعات المنخفضة. وتتوفر تقنيات تخفيف مثل أنماط استقطاب المغناطيس المتناوبة؛ وهذا طبقة إضافية من تحسين التصميم تضاف إلى درجات تحمّل التصنيع.

التطورات الحديثة والحدود غير المؤكدة

آفاق هذه البنية تتسع. في يونيو 2026 أعلن باحثون صينيون عن إنجاز 18.000 دورة في الدقيقة و 25,73 kW/kg إلى الوصول إلى وزن أقل بنحو %50 مقارنة بالمحركات التقليدية وتوفير تقليل في البعد المحوري، واستناد هذه الأرقام إلى أنباء ثانوية لم يتم التأكد منها بشكل مستقل بعد. كما أن ادعاءات متداولة على وسائل التواصل الاجتماعي مثل أزمنة التسارع من 0 إلى 100 كم/س تنتظر التحقق الرسمي. من جهة أخرى، هناك خطوات أكثر رسوخاً في مجال الطيران: في عام 2025 أعلنت شركة مطورة لطائرات الشحن رسمياً عن نيتها شراء محركات من مورد متخصص في محركات التدفق المحوري.

لدى خبراء الطوبولوجيا تحذير مهم: السؤال عما إذا كان التدفق المحوري متفوقاً كهرومغناطيسياً هو سؤال خاطئ بحد ذاته. المحرك عنصر في نظام؛ وإذا لم يخلق قيمة للنظام مع العاكس والتبريد وناقل الحركة وتكاليف التصنيع، فإن الميزة لا تتحقق تلقائياً. لهذا يتوقع معظم المحللين أن يبقى التدفق الشعاعي حصان العمل السائد، بينما سيكتسب التدفق المحوري أرضية في قطاعات الأداء والشرائح المتخصصة.

الخلاصة: الميزة حقيقية، والطريق طويل

تعتمد معمارية التدفق المحوري على مبرر مشروع في جانب الفيزياء: مسار تدفق قصير، وقطر نشط كبير، ونمو العزم مع مكعب القطر. القيم الأولية التي وصلت إلى 42 كيلوواط/كغ تثبت أن هذه الميزة ليست مجرد حكاية. لكن نفس الفيزياء تجلب معها دوامة واسعة، وإدارة حرارية صعبة، وتفاوتات تصنيع دقيقة. النتيجة اليوم هي: المحركات ذات التدفق الشعاعي تحمل التيار الرئيسي بكفاءتها وتكلفتها ونضجها التصنيعي؛ بينما يتقدم التدفق المحوري كبديل قوي في كل مكان يصبح فيه العزم المرتفع وكثافة القدرة حاسمين - السيارات عالية الأداء، والمعماريات داخل العجلة، والطيران الكهربائي. وسيكون الإنتاج التسلسلي واسع النطاق الذي بدأته Mercedes-Benz في عام 2026 هو الاختبار الجاد الأول لعملية خروج هذه الطوبولوجيا من نطاقها المتخصص.

المصادر